[0001] L'invention concerne les brûleurs tri-tubes adaptés pour produire une flamme à partir
d'une injection centrale et d'une injection périphérique annulaire de comburant, et
d'une injection annulaire de combustible entre l'injection centrale et l'injection
périphérique annulaire de comburant, ainsi qu'un procédé d'injection de combustible
et de comburant par un tel brûleur.
[0002] Des brûleurs tri-tubes sont utilisés notamment dans des fours à verre, et peuvent
l'être également dans des fours à métaux, à la place des brûleurs bi-tubes, en vue
de pouvoir contrôler l'atmosphère dans le four, augmenter l'impulsion de la flamme,
ajuster la longueur de cette dernière en fonction de la géométrie du four (par exemple
dans le cas de fours étroits), et modifier sa luminosité et notamment son spectre
d'émission en fonction du type de matériau à élaborer dans le four, par exemple du
type de verre.
[0003] A l'heure actuelle, la majorité des brûleurs à oxygène utilisés dans les fours à
verre sont des brûleurs bi-tubes, dont le corps est équipé d'organes d'alimentation
en comburant et d'organes d'alimentation en combustible.
[0004] Le remplacement des brûleurs bi-tubes par des brûleurs tri-tubes en vue d'obtenir
les avantages mentionnés plus haut est problématique, car il devient alors nécessaire
de gérer trois courants de fluide, ce qui augmente l'encombrement, et le nombre des
conduits d'alimentation, et ainsi implique l'apport de modifications notables à l'installation
destinée à alimenter le brûleur en fluides.
[0005] L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cette fin un
brûleur tri-tubes pour four, adapté pour être solidarisé à un ouvreau de four de telle
manière qu'au moins une région d'extrémité du brûleur soit logée dans l'ouvreau pour
y produire une flamme s'étendant en saillie dans l'espace intérieur du four, brûleur
caractérisé en ce qu'il comporte une entrée pour un combustible et un tube d'amenée
de combustible relié à cette entrée de combustible, une entrée pour un comburant et
deux tubes d'amenée de comburant reliés à cette entrée de comburant, et une vanne
de réglage pour régler la répartition du comburant entre les deux tubes d'amenée de
comburant.
[0006] Grâce à cet agencement, lors du remplacement d'un brûleur bi-tubes par un brûleur
tri-tubes, l'installation d'alimentation en fluides peut être ré-utilisée telle quelle,
sans modification, et il est en outre possible de régler avec précision la répartition
du comburant entre les deux tubes d'amenée de celui-ci.
[0007] Le brûleur peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes
:
- un tube d'amenée de comburant et le tube d'amenée de combustible sont logés dans un
autre tube d'amenée de comburant ;
- les tubes d'amenée sont disposés coaxialement l'un autour de l'autre, sur au moins
une partie de leur longueur ;
- la vanne de réglage est logée dans le brûleur, en étant insérée dans un tube d'amenée
de comburant ;
- la vanne de réglage est une vanne à boisseau ;
- il comporte un tube d'amenée de comburant comportant une extrémité d'entrée de comburant
ouverte à l'intérieur d'un autre tube d'amenée de comburant ;
- il comporte, disposés coaxialement sur au moins une partie de leur longueur, un tube
central d'amenée de comburant, un tube d'amenée de combustible définissant un espace
annulaire de circulation de combustible autour du tube central, un tube extérieur
d'amenée de comburant définissant un espace annulaire de circulation de comburant
autour du tube d'amenée de combustible, et un fourreau annulaire inséré dans l'espace
annulaire de circulation de comburant entre le tube d'amenée de combustible et le
tube extérieur d'amenée de comburant, en aval d'une extrémité du tube central ouverte
dans le tube extérieur et également en aval du conduit d'entrée pour le comburant,
ce fourreau comportant d'une part un canal permettant l'écoulement du comburant en
direction de l'ouvreau et d'autre part un organe mobile coopérant avec lui pour former
une vanne de réglage ;
- le fourreau comporte un canal dans lequel est logé un bouchon présentant un perçage
calibré permettant un écoulement de comburant en direction de l'ouvreau avec un débit
minimal prédéterminé ;
- le fourreau comporte un canal formant boisseau de vanne dans lequel est logée une
clé de vanne pivotante présentant un perçage traversant et mobile d'une position dans
laquelle le perçage traversant autorise un débit de comburant maximal à travers la
vanne et ainsi un débit minimal à travers le tube central, à une position dans laquelle
le perçage traversant interdit tout débit de comburant à travers la vanne et ainsi
provoque un débit maximal à travers le tube central ;
- la vanne comporte un organe de manoeuvre permettant son actionnement en pivotement
de manière manuelle ; et
- la vanne comporte un organe d'entraînement adapté pour être relié à un dispositif
de motorisation.
[0008] L'invention concerne également un procédé d'injection de combustible et de comburant
dans un ouvreau de four au moyen d'un brûleur pour produire une flamme s'étendant
en saillie dans l'espace intérieur du four, caractérisé en ce que l'on introduit dans
le brûleur un comburant par une première entrée et un combustible par une deuxième
entrée, et on fait circuler le comburant issu de la première entrée vers l'ouvreau
à travers au moins deux tubes d'amenée de comburant montés en dérivation l'un par
rapport à l'autre, tandis que l'on fait circuler le combustible issu de la deuxième
entrée vers l'ouvreau à travers un autre tube, d'amenée de combustible.
[0009] Le procédé peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes
:
- on règle continûment la répartition du comburant entre les tubes d'amenée de comburant
;
- on règle manuellement la répartition du comburant entre les tubes d'amenée de comburant
;
- on règle de manière motorisée la répartition du comburant entre les tubes d'amenée
de comburant ;
- on régule ou on asservit la répartition du comburant entre les tubes d'amenée de comburant
; et
- on fait circuler et l'on injecte le combustible dans l'ouvreau de manière annulaire
autour d'un premier courant, central, de comburant, et à l'intérieur d'un deuxième
courant, annulaire, du même comburant.
[0010] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description
qui va suivre, d'une forme de réalisation de cette invention donnée à titre d'exemple
non limitatif et illustrée par les dessins joints dans lesquels :
- la figure 1 est une coupe longitudinale schématique de profil d'un brûleur tri-tubes
conventionnel,
- la figure 2 est une vue extérieure de profil d'un brûleur tri-tubes selon l'invention,
- la figure 3 est une coupe schématique du brûleur tri-tubes de la figure 2, par un
plan III-III perpendiculaire au plan de projection de cette figure 2, et
- la figure 4 est une coupe schématique du brûleur des figures 2 et 3, par un plan IV-IV
perpendiculaire à son axe central longitudinal .
[0011] Sur les figures, on a représenté schématiquement un brûleur Br dont une région d'extrémité
est logée dans un ouvreau d'un bloc ouvreau Bo d'un four par exemple à verre.
[0012] Plus précisément, sur la figure 1, sont montrés schématiquement la région d'extrémité
d'un brûleur tri-tubes conventionnel logée dans l'ouvreau pour y produire une flamme
s'étendant en saillie dans l'espace intérieur du four, et la région d'extrémité opposée
du brûleur en saillie hors de l'ouvreau extérieurement au four par laquelle le brûleur
est alimenté en combustible et en comburant.
[0013] Ce brûleur tri-tubes présente une structure générale coaxiale et comporte un tube
central 1 d'amenée de comburant, un tube 2 d'amenée de combustible entourant le tube
central et dont l'espace de circulation du combustible s'étend annulairement autour
de ce tube central, et un troisième tube 3, extérieur, d'amenée de comburant, entourant
le tube 2 d'amenée de combustible et dont l'espace de circulation du comburant s'étend
annulairement autour de ce tube d'amenée de combustible. Les extrémités des trois
tubes débouchant dans l'ouvreau sont prolongées chacune par une buse d'injection.
[0014] Les trois tubes 1, 2, 3 du brûleur tri-tubes conventionnel ne communiquent pas entre
eux et sont alimentés séparément, chacun comportant un orifice d'entrée et étant équipé
d'un court conduit d'entrée 4, 5, 6 débouchant dans cet orifice et relié soit à une
alimentation en comburant, pour le tube central 1 et le tube extérieur 3, soit à une
alimentation en combustible, pour le tube intermédiaire 2 ; chacun des conduits d'entrée
4, 5, 6 s'étend approximativement radialement par rapport à l'axe longitudinal central
du brûleur autour duquel s'étendent les trois tubes.
[0015] Il faut donc gérer trois fluides, le brûleur est relativement volumineux, il est
nécessaire d'utiliser trois flexibles d'alimentation, et les longueurs de tuyauterie
à utiliser sont importantes.
[0016] Le brûleur tri-tubes selon l'invention (figures 2 à 4), monté dans l'ouvreau comme
le brûleur tri-tubes conventionnel, présente comme lui une structure générale coaxiale
et comporte un tube central 1 d'amenée de comburant, un tube 2 d'amenée de combustible
entourant le tube central et dont l'espace de circulation du combustible s'étend annulairement
autour du tube central, et un troisième tube 3, extérieur, d'amenée de comburant,
entourant le tube 2 d'amenée de combustible et dont l'espace de circulation du comburant
s'étend annulairement autour de ce tube d'amenée de combustible, les extrémités des
trois tubes débouchant dans l'ouvreau étant prolongées chacune par une buse d'injection.
Ainsi, on fait circuler et on injecte le combustible dans l'ouvreau de manière annulaire
autour d'un premier courant, central, de comburant, et à l'intérieur d'un deuxième
courant, annulaire du même comburant.
[0017] Cependant, contrairement au brûleur tri-tubes conventionnel, les deux tubes 1, 3
d'amenée de comburant du brûleur selon l'invention communiquent l'un avec l'autre
par leur extrémité opposée à la buse d'injection, le tube central 1 ayant cette extrémité
opposée ouverte, à distance de l'extrémité correspondante fermée du tube extérieur
3.
[0018] Le tube extérieur 3 d'amenée de comburant comporte, à proximité de cette extrémité
fermée, un orifice d'entrée 31, et est équipé d'un court conduit d'entrée 6 débouchant
dans cet orifice et adapté pour être relié à une alimentation en comburant, ce conduit
d'entrée 6 s'étendant approximativement radialement par rapport à l'axe longitudinal
central du brûleur ; ainsi, le conduit d'entrée 6 pour l'alimentation en comburant
est en communication à la fois avec le tube extérieur 3 et le tube central 1 dont
l'extrémité ouverte est en aval du conduit 6 si l'on se réfère au sens d'écoulement
du comburant dans le brûleur.
[0019] La région d'extrémité du tube 2 d'amenée de combustible opposée à la buse d'injection,
qui est elle-même située en aval de l'extrémité ouverte du tube central 1 si l'on
se réfère au sens d'écoulement du comburant, est logée dans un fourreau 7 annulaire
dont la surface intérieure est ajustée sur une partie aval de sa longueur autour du
tube intermédiaire 2, et sur une autre partie (amont) de sa longueur autour du tube
central 1 d'amenée de comburant ; ces deux parties de la surface intérieure du fourreau
sont reliées par un épaulement constituant un fond annulaire fermé pour le tube intermédiaire
2; le tube extérieur 3 comportant deux tronçons alignés s'étendant respectivement
de part et d'autre du fourreau 7, la surface extérieure du fourreau comporte une région
centrale cylindrique insérée entre ces deux tronçons et deux régions d'extrémité cylindriques
de plus petit diamètre ajustées et insérées dans les extrémités en vis-à-vis de ces
deux tronçons du tube extérieur.
[0020] Le tube intermédiaire 2 d'amenée de combustible et le tube extérieur 3 d'amenée de
comburant comportent en vis-à-vis des orifices respectifs de passage de combustible
reliés par un canal 71 d'amenée de combustible (figure 4) creusé et s'étendant radialement
dans le fourreau 7. L'orifice de passage de combustible du tube extérieur est équipé
d'un court conduit d'entrée 5 adapté pour être relié à une alimentation en combustible
; ainsi, ce conduit d'entrée 5 pour l'alimentation en combustible est en communication
à travers le fourreau 7 avec le tube intermédiaire 2 d'amenée de combustible.
[0021] Le fourreau 7 étant en aval du conduit d'entrée 6 de comburant, il est creusé longitudinalement
de deux canaux 72, 73 parallèles à l'axe longitudinal central du brûleur, destinés
à permettre l'écoulement du comburant en direction de la buse du tube extérieur 3
; ces deux canaux longitudinaux 72, 73 sont centrés sur le diamètre du fourreau 7
qui est perpendiculaire au rayon le long duquel s'étend le canal 71 d'amenée de combustible,
respectivement de part et d'autre de l'axe longitudinal central du brûleur, approximativement
symétriquement.
[0022] Le fourreau est en outre creusé de deux canaux de forme générale cylindrique le traversant
radialement de sa surface intérieure à sa surface extérieure, le long du diamètre
sur lequel sont centrés les deux canaux longitudinaux 72, 73, de manière que de chaque
côté du fourreau 7 par rapport à l'axe longitudinal central du brûleur, un canal longitudinal
72, 73 débouche dans un canal radial.
[0023] L'un des deux canaux radiaux sert de logement à un bouchon interchangeable 8 ajusté
dans ce canal, présentant un perçage 81 de petit diamètre parallèle à l'axe longitudinal
central du brûleur pour assurer une communication entre les parties amont et aval
du canal longitudinal 72. Ce perçage 81 est calibré comme on le verra dans la suite,
et l'interchangeabilité des bouchons 8 permet de choisir le bouchon présentant le
perçage de calibre désiré.
[0024] L'autre canal radial sert de boisseau à une clé de vanne pivotante 9 ajustée dans
ce canal de telle manière que le fourreau 7 forme corps de vanne ; cette clé de vanne
9 présente un perçage 91 de diamètre notablement plus grand que celui des perçages
81 des bouchons interchangeables 8 et est mobile en pivotement autour de l'axe longitudinal
du canal radial entre une position dans laquelle le perçage 91 est parallèle à l'axe
longitudinal central du brûleur (figure 3) pour assurer une communication entre les
parties amont et aval du canal longitudinal 72 et ainsi entre les deux tronçons du
tube extérieur 3, et une position dans laquelle le perçage 91 est orthogonal à cet
axe du brûleur et n'assure pas une telle communication. La clé 9 présente dans le
canal radial une forme extérieure de révolution, et comporte hors du canal, extérieurement
au tube extérieur du brûleur, un organe de manoeuvre 92 permettant son actionnement
en pivotement de manière manuelle, ou un organe d'entraînement relié à un dispositif
de motorisation permettant son actionnement en pivotement de manière motorisée, par
exemple régulée ou asservie.
[0025] Sur le plan pratique, le bouchon interchangeable 8 peut présenter, également intérieurement
au canal radial, une forme générale cylindrique, et, comporter hors du canal, une
bride 82 de fixation par vis au fourreau.
[0026] La clé de vanne 9 peut présenter également intérieurement au canal radial, une forme
générale cylindrique, et comporter hors du canal, une tige 93 à laquelle est fixé
par vis l'organe de manoeuvre constitué par une ailette 92, le cylindre intérieur
au canal radial et la tige 93 étant reliés par une gorge annulaire servant de logement
aux branches latérales d'une plaquette de butée en U 94 fixée au fourreau 7 par une
ou plusieurs vis 95 de fixation de la clé, vissées dans le fourreau 7 autour du canal
radial et s'étendant parallèlement à celui-ci.
[0027] Pour la fixation du brûleur Br dans l'ouvreau creusé dans un bloc réfractaire Bo
intégré dans la paroi du four, ce bloc-ouvreau Bo est équipé d'un support 10 de brûleur
comportant une plaque d'ancrage 101 fixée à lui et qui est appliquée contre sa face
extérieure au four. La plaque d'ancrage 101 comporte, en vis-à-vis de l'orifice de
l'ouvreau débouchant à l'extérieur du four, une ouverture par laquelle le brûleur
est inséré dans l'ouvreau de telle manière que, comme on l'a vu, sa région d'extrémité
munie de buses d'injection produise une flamme s'étendant en saillie dans l'espace
intérieur du four, et sa région d'extrémité opposée par laquelle il est adapté pour
être alimenté en combustible et en comburant soit en saillie hors de l'ouvreau extérieurement
au four. Le support 10 de brûleur est muni, respectivement de part et d'autre de l'ouverture
pour le brûleur de la plaque d'ancrage 101, de deux dispositifs de fixation comportant
chacun une chape 102 dont les branches portent un pivot 103 autour duquel est articulée
une tige filetée 104 portant un écrou de serrage 105.
[0028] Pour coopérer avec ces dispositifs de fixation, le brûleur comporte une bride de
fixation 32 s'étendant dans un plan perpendiculaire à son axe longitudinal central
et qui est fixée, par exemple soudée ou brasée, au tube extérieur 3. Deux bords opposés
de cette bride 32 comportent respectivement deux échancrures dans lesquelles pénètrent
les deux tiges filetées articulées 104 du support 100 quand elles s'étendent parallèlement
à l'axe longitudinal central du brûleur, et contre le pourtour desquelles on peut
bloquer les écrous de serrage 105 pour fixer le brûleur au bloc ouvreau ; pour pouvoir
retirer le brûleur de l'ouvreau, il suffit de desserrer les écrous 105 et de basculer
les tiges filetées 104 de telle manière qu'elles se dégagent de l'emprise des échancrures
de la bride 32.
[0029] Lorsque, le brûleur étant fixé dans l'ouvreau, l'entrée 6 de comburant est en communication
avec une alimentation en comburant, il suffit de tourner la clé 9 de la vanne pour
modifier la répartition du comburant entre les tubes central 1 et extérieur 3 d'amenée
de comburant et régler cette répartition de la manière désirée. Plus précisément,
le perçage calibré 81 du bouchon interchangeable 8 détermine le débit minimal dans
le tube extérieur 3 d'amenée de comburant lorsque la vanne de réglage est fermée (perçage
91 de la clé 9 approximativement orthogonal à l'axe longitudinal central du brûleur)
et l'on obtient alors le débit maximal dans le tube central 1 d'amenée de comburant.
Au fur et à mesure que l'on ouvre la vanne, c'est-à-dire que le perçage 91 de la clé
9 est amené en alignement avec le canal 73 du fourreau 7, la perte de charge diminuant
dans le tube extérieur 3, le débit augmente dans celui-ci jusqu'à une valeur maximale,
et diminue dans le tube central 1 jusqu'à une valeur minimale. La gestion de la perte
de charge dans le tube extérieur 3 permet donc le réglage de la répartition du comburant
entre les deux tubes 1, 3 d'amenée de comburant.
[0030] On a ainsi la possibilité de régler continûment la répartition du comburant entre
les tubes 1, 3 montés en dérivation l'un par rapport à l'autre, et, en particulier
lorsque la vanne est motorisée, on peut agir sur celle-ci à tout moment pour réguler
la répartition ou pour l'asservir en fonction des besoins.
[0031] L'interchangeabilité du bouchon 8 permet d'élargir la gamme de débits de comburant,
dans la mesure où l'on possède une gamme de bouchons 8 ayant des perçages 81 de différentes
sections.
1. Brûleur tri-tubes pour four, adapté pour être solidarisé à un ouvreau de four de telle
manière qu'au moins une région d'extrémité du brûleur (Br) soit logée dans l'ouvreau
pour y produire une flamme s'étendant en saillie dans l'espace intérieur du four,
brûleur caractérisé en ce qu'il comporte une entrée (5) pour un combustible et un tube (2) d'amenée de combustible
relié à cette entrée de combustible, une entrée (6) pour un comburant et deux tubes
(1, 3) d'amenée de comburant reliés à cette entrée de comburant, et une vanne de réglage
(7, 9) pour régler la répartition du comburant entre les deux tubes (1, 3) d'amenée
de comburant.
2. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un tube (1) d'amenée de comburant et le tube (2) d'amenée de combustible sont logés
dans un autre tube (3) d'amenée de comburant.
3. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les tubes (1, 2, 3) d'amenée sont disposés coaxialement l'un autour de l'autre, sur
au moins une partie de leur longueur.
4. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la vanne de réglage (7, 9) est logée dans le brûleur, en étant insérée dans un tube
(3) d'amenée de comburant.
5. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la vanne de réglage (7, 9) est une vanne à boisseau.
6. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un tube (1) d'amenée de comburant comportant une extrémité d'entrée de
comburant ouverte à l'intérieur d'un autre tube (3) d'amenée de comburant.
7. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte, disposés coaxialement sur au moins une partie de leur longueur, un tube
central (1) d'amenée de comburant, un tube (2) d'amenée de combustible définissant
un espace annulaire de circulation de combustible autour du tube central, un tube
extérieur (3) d'amenée de comburant définissant un espace annulaire de circulation
de comburant autour du tube d'amenée de combustible, et un fourreau (7) annulaire
inséré dans l'espace annulaire de circulation de comburant entre le tube (2) d'amenée
de combustible et le tube extérieur (3) d'amenée de comburant, en aval d'une extrémité
du tube central (1) ouverte dans le tube extérieur et également en aval du conduit
(6) d'entrée pour le comburant, ce fourreau (7) comportant d'une part un canal (73)
permettant l'écoulement du comburant en direction de l'ouvreau et d'autre part un
organe mobile (9) coopérant avec lui pour former une vanne de réglage (7, 9).
8. Brûleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le fourreau (7) comporte un canal dans lequel est logé un bouchon (8) présentant
un perçage calibré (81) permettant un écoulement de comburant en direction de l'ouvreau
avec un débit minimal prédéterminé.
9. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le fourreau (7) comporte un canal formant boisseau de vanne dans lequel est logée
une clé de vanne pivotante (9) présentant un perçage (91) traversant et mobile d'une
position dans laquelle le perçage traversant (91) autorise un débit de comburant maximal
à travers la vanne et ainsi un débit minimal à travers le tube central (1), à une
position dans laquelle le perçage traversant (91) interdit tout débit de comburant
à travers la vanne et ainsi provoque un débit maximal à travers le tube central (1).
10. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la vanne comporte un organe de manoeuvre (92) permettant son actionnement en pivotement
de manière manuelle.
11. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la vanne comporte un organe d'entraînement adapté pour être relié à un dispositif
de motorisation.
12. Procédé d'injection de combustible et de comburant dans un ouvreau de four au moyen
d'un brûleur (Br) pour produire une flamme s'étendant en saillie dans l'espace intérieur
du four, caractérisé en ce que l'on introduit dans le brûleur un comburant par une première entrée (6) et un combustible
par une deuxième entrée (5), et on fait circuler le comburant issu de la première
entrée vers l'ouvreau à travers au moins deux tubes (1, 3) d'amenée de comburant montés
en dérivation l'un par rapport à l'autre, tandis que l'on fait circuler le combustible
issu de la deuxième entrée vers l'ouvreau à travers un autre tube (2), d'amenée de
combustible.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'on règle continûment la répartition du comburant entre les tubes (1, 3) d'amenée
de comburant.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que l'on règle manuellement la répartition du comburant entre les tubes (1, 3) d'amenée
de comburant.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que l'on règle de manière motorisée la répartition du comburant entre les tubes (1, 3)
d'amenée de comburant.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'on régule ou on asservit la répartition du comburant entre les tubes (1, 3) d'amenée
de comburant.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, caractérisé en ce que l'on fait circuler et l'on injecte le combustible dans l'ouvreau de manière annulaire
autour d'un premier courant, central, de comburant, et à l'intérieur d'un deuxième
courant, annulaire, du même comburant.